📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
1. La fonction Logarithme Népérien ($\ln$)
- Définition : La fonction $\ln$ est la primitive de $x \mapsto \frac{1}{x}$ sur $]0, +\infty[$ qui s'annule en 1.
- Propriétés algébriques : Pour tous $a, b \in ]0, +\infty[$ et $r \in \mathbb{Q}$ :
- $\ln(ab) = \ln a + \ln b$
- $\ln(\frac{1}{a}) = -\ln a$ ; $\ln(\frac{a}{b}) = \ln a - \ln b$
- $\ln(a^r) = r \ln a$
- Limites usuelles :
- $\lim_{x \to +\infty} \ln x = +\infty$ ; $\lim_{x \to 0^+} \ln x = -\infty$
- $\lim_{x \to +\infty} \frac{\ln x}{x^n} = 0$ ($n \in \mathbb{N}^*$) ; $\lim_{x \to 0^+} x^n \ln x = 0$
- $\lim_{x \to 1} \frac{\ln x}{x-1} = 1$ ; $\lim_{x \to 0} \frac{\ln(1+x)}{x} = 1$
- Dérivée : $(\ln(u(x)))' = \frac{u'(x)}{u(x)}$ sur les intervalles où $u(x) > 0$.
2. La fonction Exponentielle ($e^x$)
- Définition : C'est la fonction réciproque de $\ln$. Elle est définie sur $\mathbb{R}$ à valeurs dans $]0, +\infty[$.
- Propriétés algébriques : Pour tous $a, b \in \mathbb{R}$ :
- $e^{a+b} = e^a \cdot e^b$ ; $e^{-a} = \frac{1}{e^a}$ ; $e^{a-b} = \frac{e^a}{e^b}$
- $(e^a)^r = e^{ra}$ ($r \in \mathbb{Q}$)
- Limites usuelles :
- $\lim_{x \to +\infty} e^x = +\infty$ ; $\lim_{x \to -\infty} e^x = 0$
- $\lim_{x \to +\infty} \frac{e^x}{x^n} = +\infty$ ; $\lim_{x \to -\infty} x^n e^x = 0$ ($n \in \mathbb{N}^*$)
- $\lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1}{x} = 1$
- Dérivée : $(e^{u(x)})' = u'(x)e^{u(x)}$.
Méthodes à maîtriser
- Déterminer le domaine de définition : Pour $\ln(u(x))$, il faut $u(x) > 0$. Pour $e^{u(x)}$, c'est le domaine de $u$.
- Lever une indétermination : Utiliser les croissances comparées ($\frac{e^x}{x^n}$ ou $\frac{\ln x}{x^n}$) en posant parfois un changement de variable $X = \frac{1}{x}$ ou $X = -x$.
- Étudier le signe : Se ramener à $e^X > 1 \iff X > 0$ ou $\ln X > 0 \iff X > 1$.
- Résoudre des équations : Utiliser $e^a = e^b \iff a = b$ et $\ln a = \ln b \iff a = b$ (avec $a, b > 0$).
Exemples corrigés
- Calcul de limite : $\lim_{x \to +\infty} \frac{e^x - 1}{x^2}$. Par croissance comparée, $\lim_{x \to +\infty} \frac{e^x}{x^2} = +\infty$ et $\lim_{x \to +\infty} \frac{1}{x^2} = 0$, donc la limite est $+\infty$.
- Dérivée : Soit $f(x) = \ln(x^2 + 1)$. $f'(x) = \frac{(x^2+1)'}{x^2+1} = \frac{2x}{x^2+1}$.
Erreurs fréquentes
- Écrire $\ln(a+b) = \ln a + \ln b$ (C'est faux !).
- Oublier que $e^x$ est toujours strictement positif (l'équation $e^x = -2$ n'a pas de solution).
- Confondre $\ln(x^2)$ (défini sur $\mathbb{R}^*$) et $2\ln x$ (défini sur $]0, +\infty[$).
- Appliquer les limites de croissance comparée en $0$ alors qu'elles sont valables en $+\infty$.